2009年哈工大动力工程与工程热物理硕士研究生入学考试专业课试题

哈尔滨工业大学二○○九 年硕士研究生入学考试试题 考试科目：_工程流体力学__ 考试科目代码：[ 820 ]

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报考专业：动力工程及工程热物理

考生注意：答案务必写在答题纸上，并标明题号。答在试题上无效。该试卷包含工程流体力学(90 分)必选部分和工程热力学(60 分) 、传热学(60 分) 、空气动力学(60 分) 、燃烧学(60 分)4 门课程任选其一，满分 150 分。 题号 分数 总分 150 分

工程流体力学(90 分) (必选)一、解释下列概念(20 分) 1.牛顿流体、粘性 2.压力体、正压流体 3.缓变流动、粘性底层 4.水击现象、边界层 5.时间平均流速、入口起始段 二、简答题 1.试分析流体流经弯管时局部阻力产生的具体原因是什么？(8 分) 2.结合流体对圆柱体的有环量绕流，分析升力是如何产生的？(7 分)

三、推求边界层的动量积分关系式(15 分) 四、试推导说明圆柱外伸管嘴出流流量大于同直径薄壁小孔口的出流 流量(10 分)

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五、一圆形容器， 直径 D=1.2 m, 完全充满水，顶盖上在 r0=0.43m 处开一小孔， 敞口测压管中的水位 h=0.5m,问旋转角速度 ω 多大时，顶盖所受的静水总压 力为零？(15 分) 图见课本练习题 2-28

第五题图

六、图示为一安全阀，其阀座直径 d=25mm,当阀座处的压力 p=4Mpa 时，通 过油的流量为 qv=10L/s,油的密度为 ρ=900Kg/m3,此时阀的开度 x=5mm。如 开启阀的初始压力 p0=3Mpa,阀的弹簧刚度 K=20N/mm,忽略流动损失，试确 定射流方向角 α 。 (15 分)图见课本 6-19

第六题图

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工程热力学试题(60 分)任选之一一、是非判断：是在( )内画“+”号，非在( )内画“—”号，每题 1 分，共 10 分1、 热力系是指参与热力过程的物体群( ) 。

2、 供热系数总是大于 1,制冷系数也可以大于 1( ) 。 3、 压缩因子的值可以大于 1,也可以小于 1( ) 。 4、 渐缩喷管出口气体的马赫数可以是小于 1、等于 1、大于 1( ) 。 ) 。

5、 孤立系内工质经过不可逆过程的熵变必然大于经历可逆过程的熵变( 6、 不可逆损失的来源之一是耗散效应( ) 。 ) 。 ) 。

7、 理想气体的热力学能、焓和熵都仅仅是温度的单值函数(

8、 气体稳定流过任何管道的容积流量和质量流量都是不变的常数( 9、 不可逆循环的熵产必然等于零( ) 。

10、实际热机的热效率总比卡诺热机的热效率低( ) 。

二、指出下列各对概念之间主要的区别1、状态量与过程量 2、熵流与熵产 3、湿空气和湿蒸汽 4、绝对湿度和相对湿度 5、过热水蒸气与过冷水 6、孤立系与绝热闭口系 7、饱和湿空气

与未饱和湿空气 8、湿度与干度

每题 1.5 分，共 15 分

9、亚音速流动与超音速流动 10、流动的临界状态与流体的临界状态第 4 页 共 8 页

三、一热机在每个循环中从 327 0C 的高温热源吸收 Q1 419kJ 的热量和向 27 0C 的低温热源排热，假设按：(1) Q2 209.5kJ ;(2) Q2 314.25kJ ;(3) Q2 104.75kJ 三个数值排热，请 用两种方法计算证明， 在这三种情况中， 哪个是不可逆的、 哪个可逆的、 哪个是不可能的？ 并对不可逆循环计算及其不可逆损失，大气环境温度 T0 300K (10 分)

四、 有一柴油机混合加热循环， 如下图所示， p1 0.17MPa 、t1 60 0C , 压缩比 14.5 ,缸中气体最大压力 p3 10.3MPa ,循环加热量 q1 900kJ / kg ,工质空气为理想气体，

cP0 1005J / kg 、 cv0 718J / kg 、 0 1.4 , Rg 287 J (kg K ) 。试求

(1)各点的状态参数(温度、压力、比体积) (3)定压加热过程的加热量 q1 p (5)循环输出的净功率 wnet

(2)定容加热过程的加热量 q1v (4)循环放热量 q2 (6)循环热效率 t (20 分)

五、试述卡诺定理对热机理论的指导意义(5 分)

（题2图）

传热系数为 h。试建立数值求解边界节点温 度 TM ,n 的离散方程。 (13 分)

3、如图为某常物性不可压缩流体沿大平板的层流稳态边界层对流换热，由于粘度耗散，

u W 在边界层内产生了强度为 v 3 的内热源。已知来流速度与温度分别为 y m u 、T ,平板温度为 Tw ,流体的密度、定压比热容、导热系数与动力粘度分别为

2

、c p、 、 。y、v u 、T x、u Tw (题 3 图) 第 6 页 共 8 页

(1) 试写出求解该对流换热问题的完整数学描述(8 分) ; (2) 试由其能量微分方程导出相似特征数，并说明其含义(9 分) ; (3) 若 Tw > T ,分析指出平板表面的热流密度方向(3 分) 。

4、 实际物体表

面通常不是严格意义的灰体， 但在计算辐射换热时， 有时可以近似为灰体。 对温度为 T1、T2 的两辐射换热表面 A1、A2,其角系数为 X1,2。 (1) 试说明如何判断这两个表面是否可作为灰体处理？(6 分) (2) 若这两个表面可作为灰体处理， 试利用网络法求这两个灰体表面间的辐射传热量， 用到的其它符号可自行设定； (6 分) (3) 试说明上面求出的辐射传热量是否是二者的净辐射传热量。 (3 分)

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空 气 动 力 学 试题(60 分)任选之三一、判断下列问题的正误并说明原因(1) “只有在等熵流动过程中，总压才保持不变”。 (7 分) (2) “只有当流动达到临界状态时才存在临界参数”。 (7 分) (3) “只要流动是绝能的，总温就保持不变”。 (7 分) (4) “不可压流体可表述为

D 0 ,即流场中密度处处相等”(7 分) Dt

(5) “ V =0 意味着流体微团在运动过程中不发生变形”(7 分)

二、 用特征线说明右图所示的流动中， 所 有可能出现的马赫波及流场参数 (压力与 速度)的变化情况。其中， d 为无限小 的转折角。 (10 分)

d

三、一渐缩喷管，已知 P* =10bar, T * =1050K,比热比 k =1.4,出口截面积为 0.1 m 2 ,出 口背压为 4bar,若 K f (k ) 0.04。请给出出口截面上的速度及喷管的流量。 (8 分)

四、知涡轮的进口燃气总温为 1200K,涡轮出口燃气总温为 1000K,求每千克燃气通过 涡轮对外界所作的机械功是多少？如果燃气流量为 13.3Kg/s,Cp=1.16KJ/(Kg.k),求涡轮 的功率。 (7 分)

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燃 烧 学 试题(60 分)任选之四一、解释下列专业名词和概念(15 分) : (1) 化合物的标准反应焓； (2) 燃料的低位发热量； (3) 过量空气系数； (4) 斯蒂芬流； (5) 油滴扩散燃烧的直径平方-直线定律。 二、简答题(20 分) : (1) 简述抑制燃烧过程中热力型 NOx 生成的措施； (2) 简述热力着火和链式着火的区别； (3) 碳燃烧反应控制区的分类和特点； (4) 列举三种工程上的火焰稳定方法。 三、对于成分确定的预混可燃气体，应用层流火焰传播理论分析，为了提高预混可燃气 的火焰传播速度，可以采取哪些措施？(7 分)

四、在存在散热的闭口系统中，燃气和空气均匀混合。应用谢苗诺夫的非稳态着火理论， 画图分析如果外界环境温度降低，对着火过程将产生什么影响？(8 分)

五、假定：1)碳球为均匀对称的球体；2)碳球随风飘动，与空气没有相对运动；3)燃 烧进行得很快，火焰面很薄；4)忽略对流与辐射换热；5)忽略碳球周围的温度场不均 匀对热导率、 扩散系数的影响； 6) 忽略斯蒂芬流。 推导单颗粒纯碳

燃尽时间的计算模型。

(10 分)

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